Интерференционные системы
или суммирование колебаний
Интерференционные системы в
сейсморазведке родились в пору полного отсутствия машинной обработки.
Несовершенство регистрирующей аппаратуры, сложность визуальной корреляции
осциллограмм, стремление поднять производительность работ путем увеличения
длины годографа привели к поискам средств улучшения прослеживаемости отражений.
Сначала это было группирование приемников. Группа с параллельно
или последовательно соединенными приборами вместе со статистическим осреднением
регистрируемого сигнала имела еще и близкую к вертикальной характеристику
направленности, что ослабляло низкоскоростные приповерхностные волны.
Затем сюда же добавилось группирование источников возбуждения, что удваивало
эффект от группирования. Появилась даже возможность настраивать группы
приемников и источников на подавление разных волн-помех в зависимости от их
кажущейся скорости и основной частоты. Реализация функций групп была в
неуправляемом, аналоговом виде, простым суммированием. Дальнейшим развитием
интерференционных систем стали «смеситель» – суммирование некоторого количества
приемных каналов – и «плоский фронт» - большая группа источников с малой
дистанцией между ними, что создавало эффект плоской волны на некотором
расстоянии от дневной поверхности. Были некоторые попытки конструирования
сложных расстановок приемников – неэквидистантные группы, рассчитываемые для
получения заданных амплитудно-частотных характеристик. Общим недостатком этих
приемов является неуправляемое суммирование. В случае отклонения линии
установки приемников от горизонтали, неоднородности верхней части разреза,
неодинаковой глубине скважин характеристики групп отклонялись от расчетных, порой очень существенно. Скажем, для группы на
склоне бархана можно было отчетливо наблюдать изменение формы импульса, вплоть
до полной потери корреляции оси синфазности.
С
появлением машинной обработки, сначала аналоговой, а затем и цифровой,
появилась возможность управляемого суммирования каналов, однако группирование
приемников и источников осталось в практике сейсморазведки. И это довольно
странно. И чувствительность сейсмоприемников, и параметры регистрирующей
аппаратуры улучшились настолько, что необходимость в аналоговом группировании для
усиления сигнала отпала. Подавление низкоскоростных и низкочастотных помех
гораздо эффективнее реализуется алгоритмами цифровой обработки, а вот
искажения, вносимые группой при несинфазном суммировании отраженных волн –
необратимы. Тем не менее вопрос применения или отказа
от группирования даже не обсуждается.
Если мы измеряем линейкой какой-либо
отрезок много раз, и затем вычисляем среднее, оно статистически более
достоверно, чем одиночное измерение. А если мы суммируем колебания с фазовым
сдвигом, все не так просто. При сдвиге менее четверти периода осреднение путем
суммирования, вроде бы, достигает своей цели, далее при увеличении сдвига,
меняется форма импульса, он становится двугорбым, при достижении сдвига,
соизмеримого с полупериодом импульс практически давится, исчезает. Сумма
сдвинутых колебаний не является средним в обычном, числовом смысле. Тем более
при получении сейсмических разрезов, когда нас интересует время прихода волны,
а не ее амплитуда. Если бы мы измерили времена прихода волны на всех приемниках
группы, вычислили среднее и сдвинули все сигналы на соответствующие величины,
чтобы добиться синфазного суммирования, это было бы разумно, сы получили бы и
стаистически более достоверное время и амплитуду, но слепое аналоговое суммирование
сигналов такого результата не дает. Группирование в той или иной степени
всегда необратимо искажает отраженный сигнал.
Дальнейшее
развитие сейсморазведки привело к появлению метода общей глубинной точки –
МОГТ. Работает этот метод аналогично группированию, но суммирование при этом
управляемое ( правда, только межканальное). В то же
время каждый канал представляет собой результат неуправляемой суммы элементов
группы. База суммирования МОГТ может на порядки превышать размеры групп
сейсмоприемников или скважин. Первоначальной задачей МОГТ было облегчение
корреляции годографа отраженной волны через цуг низкоскоростных помех и
подавление кратных волн. Стремление повысить глубинность исследований и
производительность полевых работ привели к значительному увеличению длины
годографа против применяемых в методе отраженных волн – МОВ. Вследствие
кривизны годографа стало невозможным суммирование его в лоб, аналогично
группированию, возникла потребность скомпенсировать кривизну, а также ввести
статические поправки, без чего получить суммарные разрезы приемлемого качества вообще
невозможно. Теория метода предполагает, что годограф получен при отражении от
горизонтальной границы (первые теоретические работы по МОГТ вообще ограничивали
применение метода углами не выше 3 градусов) с постоянной скоростью покрывающей
границу толщи. При этих условиях, используя формулу годографа отраженной волны,
можно собрать сигналы со всех каналов
расстановки, сместить на величину рассчитанной кинематической поправки (dynamic correction), просуммировать
их и отнести сумму к некоторой общей точке.
Однако
все это хорошо только в теории. Мы никогда не имеем плоскую горизонтальную
границу и безградиентную однородную покрывающую среду. Мы вынуждены идти на
компромиссы, подбирая скорости и статические поправки таким образом, чтобы
получить непрерывно прослеживаемые фазы со стабильной формой, соответствующие
целевым границам, на разрезе – подбираем «эффективные» параметры. К сожалению,
эффективность параметров состоит не в повышении точности или надежности
геологических построений, а в повышении видимой регулярности временного
разреза, что не одно и то же. В то же время сама возможность получения приемлемых
разрезов подбором эффективных параметров поощряла наглость геофизиков. МОГТ
распространился на районы с большими углами наклона, разрабатываются и
применяются нерегулярные системы
наблюдений, слаломные профили и пр., где от теории общей глубинной точки
не осталось практически ничего.
Существует
ряд модификаций обработки с использованием суммирования - по общей точке взрыва
(ОТВ или SP), приема
(ОТП или OP), глубинной
точке (ОГТ или CDP), равных
удалений (L-const) и пр. ОТВ «не боится» неверных поправок за пункт взрыва – при
ошибочных значениях соответствующих поправок ось синфазности становится
шероховатой, но остается динамически выраженной, корреляция не осложняется, ОТП
– то же самое в отношении поправок за прием, L-const «не боится» неточностей в применяемой
при суммировании скорости. И только ОГТ «боится» всего, любой из
вышеперечисленных параметров, определенный неточно, ухудшает вплоть до
разрушения ось синфазности. Кроме того, при обработке отражений от наклонных
границ мы имеем уже не общую глубинную точку, а площадку, величина которой
зависит от угла наклона границы, системы наблюдений и глубины границы. Сама эта
площадка не обязательно плоская, скорее, никогда не плоская, поскольку
наклонные границы, в основном, присутствуют в сложно построенных регионах.
Годограф
практически никогда не имеет гиперболической формы, статические поправки
никогда не достоверны, никогда нет точных данных о скоростях. И в этих условиях
подбирается полная комбинация этих параметров с целью получить протяженные оси
синфазности на разрезах. Это похоже на работу цирковых эквилибристов, держащих
на одной руке несколько шаров.
Еще хуже
обстоит дело при площадных наблюдениях, когда необходимо компенсировать еще и
неточность значений координат и боковой подход
сейсмических лучей. То же самое при миграции и прочих «тяжелых» алгоритмах. И,
тем не менее, удается получать приемлемые разрезы. В чем же дело?
Можно
провести простой эксперимент – взять одну произвольную полевую сейсмограмму,
продублировать ее несколько десятков раз и описать этот набор как непрерывный
профиль. Если затем просуммировать этот профиль с априорными статическими и
кинематическими поправками без каких-либо коррекций, получится не хаос, а
вполне приличный на первый взгляд разрез. Оси синфазности будут горизонтальны,
богаты динамически, т.е. будут видны более сильные и менее сильные «отражения».
Естественно, такой разрез ничего общего не имеет с геологическим строением
района, это просто фантом.
Можно усложнить эксперимент - взять произвольный профиль и просуммировать
его аналогично первому случаю, т.е. сейсмограммы взять реальные, но не
применять поправки перед суммированием. И в этом случае получится разрез, даже
более «живой», чем в первом случае, будут некоторые «выклинивания», наклоны и
угловые несогласия. И это тоже фантом.
Дело в том, что если слагаемые ведут
себя достаточно регулярно – а в обоих экспериментах волновое поле или
неизменно, или меняется слабо с переходом от одного пункта взрыва к другому,
сумма их тоже или не меняется вообще, или меняется слабо. Основную роль в сумме
будут играть низкоскоростные приповерхностные волны, которые имеют низкую
частоту и высокую амплитуду. Они понизят частоту суммы и создадут видимость
регулярности разреза.
Недостаточно
получить непрерывные оси синфазности, недостаточно оптимизировать суммирование,
нужно иметь уверенность, что сумма соответствует геологической задаче.
В моей практике был такой случай.
Профили в предгорьях Гиссарского хребта проходил недалеко от скважины, имеющей
существенный приток нефти. Сами по себе предгорья Гиссара имеют очень сложное,
перемятое строение, разрезы близлежащих скважин существенно отличаются друг от
друга, размеры продуктивных структур малы. Сейсмопрофилирование проводилось
слаломным способом, по долинам и водоразделам, т.е. резко менялись и
статические поправки, и скорости упругих волн. И вот в таких условиях разрезы
МОГТ имели вид практически регулярных субгоризонтальных многофазовых пачек. Это
тоже были фантомы. Суммирование
материалов МОГТ имеет собственную устойчивость инерционного характера. Только доминантная обработка
показала наличие куполообразных малоразмерных структур. Разрезы,
полученные по двум таким профилям обычной и доминантной обработкой приведены
в заключительной главе.
Автор с благодарностью
примет любые замечания и возражения непосредственно по электронной почте по
адресу vbajbekov»собака»yandex.ru с
темой «Доминантная обработка» или на форуме http://www.maksim992.110mb.com/smf/index.php.